淺析結構抗震概念設計

高永超

摘要：地震是一種恐懼性、危害性極大的自然災害。地震所造成的慘重人員傷亡和巨大的財產損失，主要原因還是建筑物的破壞所引起的。隨著社會經濟的發展和人們生活水平的提高，對建筑結構設計也提出了更高的要求。本文通過對抗震設計原則闡述，講述如何做好抗震概念設計。并分析了我國建筑結構抗震的現狀，探討了建筑結構抗震在二十一世紀的發展趨勢。

關鍵詞：抗震概念設計 建筑結構 原則 要求 發展

一、建筑結構抗震概念設計的概述

1、理念分析

概念是一種反映客觀事物本質屬性和特征的思維形式，是人們在實踐的基礎上感性認識上升到理性認識而形成的。概念設計就是以工程概念為主線。概念設計是一種先進的設計思維的體現，結構工程師可以利用其完成對特定建筑空間的設計并形成總體結構方案，同時將構件與結構、結構與結構之間的關系看得更加透徹清晰。在不借助計算機的情況下，通過簡單計算就能正確定性，幫助建筑師選擇最佳的設計方案，優化結構并降低成本。打破建筑結構設計中的墨守成規，充分發揮結構工程師的創新能力是相當必要的，因為他們是結構設計革命的推動者和執行者。

概念設計的理念是一種設計思維方式的改進，概念的含義就是用籠統而科學的思維方式來確定一些設計上的難點，一般是不需要進行精確計算的設計問題。因為這種問題在設計中很難給出確定的答案，尤其是在抗震設計中，按照整體結構體系和分體結構之間的力學關系，來解釋地震所造成的對建筑物的損害。這種損害很難用精確的數據來衡量，因為地震本身所產生的破壞力就是一個不確定的數值，一味地提高建筑物的剛性是不恰當的。因此從抗震的角度看，利用宏觀的概念性估算的設計思維更加符合抗震的需求。這就是概念設計理念的基本理念。

2、建筑抗震概念設計是根據地震災害和工程經驗等所形成的基本設計原則

在抗震設計中，概念設計的應用已經成為設計者所關注的設計理念。建筑抗災概念設計是保證結構具有優良抗震性能的一種方法。概念設計包含極為廣泛的內容，選擇對抗震有利的結構方案和布置。采取減少扭轉和加強抗扭剛度的措施，設計延性結構和延性結構構件，分析結構薄弱部位，并采取相應的措施，避免薄弱層過早破壞，防止局部破壞引起連鎖效應，避免設計靜定結構，采取二道防線措施等。其實，方案、布置、計算到構件設計、構造措施每個設計步驟中都貫穿了抗震概念設計內容。地震具有隨機性、不確定性和復雜性，要準確預測建筑物所遭遇地震的特性和參數，目前是很難做到的。而建筑物本身又是一個龐大復雜的系統，在遭受地震作用后其破壞機理和破壞過程十分復雜。且在結構分析方面，由于未能充分考慮結構的空間作用、非彈性性質、材料時效、阻尼變化等多種因素，也存在著不確定性。因此，結構工程抗震問題不能完全依賴“計算設計”解決。應立足于工程抗震基本理論及長期工程抗震經驗總結的工程抗震基本概念，從“概念設計”的角度著眼于結構的總體地震反應，按照結構的破壞過程，靈活運用抗震設計準則，全面合理地解決結構設計中的基本問題，既注意總體布置上的大原則，又顧及到關鍵部位的細節構造，從根本上提高結構的抗震能力。

3、傳統設計思維對建筑抗震的影響

傳統結構設計的計算理論為建筑設計提供的是結構設計中對結構抗力的研究和計算。這種傳統的設計思維使得結構工程師過度注重細節。而不是整體結構形式。抗震設計中傳統的設計思路不能完全適用于結構設計，完全的照本宣科只能讓結構趨向不合理。建筑組織結構的抗震設計，存在著許多模糊而且不確定的因素例如，大地震動作用是一種隨機性很強而且循環往復的荷載，建筑物的大地震動破壞機理又十分復雜，要準確計算或預測建筑物所遭遇的大地震動特性和參數，還難以做到。風荷載的脈動性與渦流作用情況也是如此。因為建筑物受到的大地震動作用難以確定，所以適用、安全、經濟的組織結構體系必須注重概念設計。

二、建筑結構抗震概念設計的要點簡述

鋼筋混凝土結構是常用的結構形式 ，目前城市中正在建設和擬建的多層、高層建筑物大 都是鋼筋混凝土結構 ，地震是一種自然現象 ，為避免它給人類帶來大的災難 ，要求結構工程師根據新抗震規范運用好抗震概念設計。做到（1） .結構功能與外部條件一致（2） .充分發展先進的設計理念 （3） .發揮結構的功能并取得與經濟的協調 （4）.更好地解決構造處理（5）.利用定量的計算進行抗震分忻（6）.用概念來判斷計算的合理性。客觀事物是多種多樣的 ，而且都是在不斷地變化 ，因此對不同的客觀事物有不同的概念 ，隨著事物認識的不斷發展 ，概念也在不斷的發展變化 ，做好鋼筋混凝土結構抗震概念設計 ，有著深遠的意義。

三、概念設計的新發展

目前在抗震設計中創新了很多新措施。如隔振和消能的設計思路等。隔振和消能就是利用某些科學的結構或者方法減小地震對建筑物的影響，隔振的基本法就是利用一些柔性結構消除地震對建筑地震力，如增設鋼板橡膠隔振墊，增加消能支撐、阻尼器、頂部增加反擺等，都可以有效地提供附加阻尼作用，消耗一部分地震能量，降低加速度，以此減少建筑的“擺動”，降低地震波的破壞作用。組織結構抗震體系由傳統的以“硬抗”為主的抗震體系向以“柔抗”為主的組織結構減震控制體系發展。組織結構減震體系采用的是以柔克剛的新概念，它通過調整組織結構動力特性、隔震、減能或控制來達到抗震的目的，在未來的工民建中組織結構抗震的想法將向著減輕危害的方向發展。

在剛剛過去的二十世紀，建筑結構抗震領域發展之快、進步之神速是幾千年來世界建筑史上前所未有的。 但是由于地震對結構輸入的性質是復雜的，傳統的抗震理論仍存在較大的局限性，結構抗震設計中仍然還有大量不確定因素有待解決。展望二十一世紀建筑結構抗震將得到更深入地發展，具體表現如下： （1）.結構抗震體系由傳統的以“硬抗”為主的抗震體系向以“柔抗”為主的結構減震控制體系發展。結構減震體系采用的是以“柔”克剛的新概念，它通過調整結構動 力特性、 隔震、減能或控制來達到抗震的目的。（2）.結構抗震研究對象由單個構件向整個結構發展。 這樣得到的研究結構更符合真實情況。 （3）.建筑材料對結構抗震的影響越來越得到重視。（4）.計算機模擬抗震試驗得到廣泛應用。

四、結語

總之，概念設計必然會成為今后結構設計的主流思想，這就要求我們需要不斷的學習和提高，為結構設計的發展作出應有的貢獻。概念設計中最重要的是分析、預見、控制結構的耗能和薄弱部位，找到能支持結構不倒塌的關鍵部分。結構設計人員在日常設計工作中，必須學會熟練運用概念設計，并使這一理念貫穿于結構設計工作的整個過程當中，既要嚴格把握好設計的大原則，又要全面考慮諸多因素，最終才能保證設計的科學性和嚴謹性，為社會創造更多精品工程。

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